Milline on optiliste ülekandesüsteemide Shannoni piiri läbimurdetee?

Milline on optiliste ülekandesüsteemide Shannoni piiri läbimurdetee?

Kaasaegsetes optilistes sidesüsteemides suurema läbilaskevõime ja pikema edastuskauguse poole püüdlemisel on müra kui põhiline füüsiline piirang alati takistanud jõudluse parandamist.

TüüpilisesEDFAErbiumiga legeeritud kiudvõimendisüsteemis tekitab iga optiline ülekandeulatus ligikaudu 0,1 dB akumuleerunud spontaanset emissioonimüra (ASE), mis tuleneb valguse/elektronide interaktsiooni kvantjuhuslikust olemusest võimendusprotsessi ajal.

Seda tüüpi müra avaldub ajadomeenis pikosekundilise taseme ajastusvärinana. Jitteri mudeli ennustuse kohaselt suureneb jitter 30 ps/(nm · km) dispersioonikordaja korral 1000 km edastamisel 12 ps võrra. Sagedusdomeenis viib see optilise signaali-müra suhte (OSNR) vähenemiseni, mille tulemuseks on 40 Gbps NRZ-süsteemis tundlikkuse kadu 3,2 dB (@ BER=1e-9).

Tõsisem väljakutse tuleneb kiudude mittelineaarsete efektide ja dispersiooni dünaamilisest seotusest – tavapärase ühemoodilise kiu (G.652) dispersioonitegur 1550 nm aknas on 17 ps/(nm · km), millele lisandub isefaasimodulatsiooni (SPM) põhjustatud mittelineaarne faasinihe. Kui sisendvõimsus ületab 6 dBm, moonutab SPM-efekt impulsi lainekuju märkimisväärselt.

1

Ülaltoodud joonisel kujutatud 960 Gbps PDM-16QAM süsteemis on silmade avanemine pärast 200 km edastust 82% algväärtusest ja Q-tegur püsib 14 dB juures (vastab BER ≈ 3e-5); kui vahemaad pikendatakse 400 km-ni, põhjustab ristfaasimodulatsiooni (XPM) ja nelja laine segamise (FWM) koosmõju silmade avanemise astme järsu languse 63%-ni ja süsteemi veamäär ületab FEC-i raske otsuse veaparanduse piiri 10 ^ -12.

Väärib märkimist, et otsemodulatsioonilaseri (DML) sagedusliku tsirp-efekt süveneb – tüüpilise DFB-laseri alfaparameetri (joonelaiuse võimendusteguri) väärtus on vahemikus 3–6 ja selle hetkeline sageduse muutus võib 1 mA modulatsioonivoolu juures ulatuda ± 2,5 GHz-ni (vastab tsirp-parameetrile C = 2,5 GHz/mA), mille tulemuseks on impulsi laienemiskiirus 38% (kumulatiivne dispersioon D · L = 1360 ps/nm) pärast edastamist läbi 80 km pikkuse G.652 kiu.

Lainepikkusjaotusega multipleksimise (WDM) süsteemides tekitab kanalite läbikoste sügavamaid takistusi. Näiteks 50 GHz kanalisammu korral on nelja laine segunemise (FWM) tekitatud interferentsivõimsuse efektiivne pikkus Leff tavalistes optilistes kiududes umbes 22 km.

Lainepikkusjaotusega multipleksimise (WDM) süsteemides tekitab kanalite läbikoste sügavamaid takistusi. Näiteks 50 GHz kanalisammu korral on nelja laine segunemise (FWM) tekitatud interferentsivõimsuse efektiivne pikkus Leff = 22 km (vastab kiu sumbumistegurile α = 0,22 dB/km).

Kui sisendvõimsust suurendatakse +15 dBm-ni, suureneb külgnevate kanalite vaheline läbikoste 7 dB võrra (võrreldes -30 dB baastasemega), sundides süsteemi suurendama edasise veakorrektsiooni (FEC) koondamist 7%-lt 20%-le. Stimuleeritud Ramani hajumise (SRS) põhjustatud võimsusülekande efekt põhjustab pikkade lainepikkustega kanalites ligikaudu 0,02 dB kadu kilomeetri kohta, mis viib C+L-riba (1530–1625 nm) süsteemis kuni 3,5 dB võimsuse languseni. Dünaamilise võimenduse ekvalaiseri (DGE) abil on vaja reaalajas kalde kompenseerimist.

Nende füüsikaliste efektide kombineeritud süsteemi jõudluspiiri saab kvantifitseerida ribalaiuse ja kauguse korrutise (B · L) abil: tüüpilise NRZ modulatsioonisüsteemi B · L G.655 kius (dispersioonkompenseeritud kiud) on ligikaudu 18000 (Gb/s) · km, samas kui PDM-QPSK modulatsiooni ja koherentse tuvastustehnoloogia abil saab seda näitajat parandada 280000 (Gb/s) · km-ni (@ SD-FEC võimendus 9,5 dB).

Tipptasemel 7-tuumaline x 3-režiimiline ruumjaotusega multiplekskiud (SDM) on laborikeskkonnas saavutanud nõrga sidestuse ja südamikevahelise läbikoste kontrolli (<-40dB/km) abil edastusvõimsuse 15,6 Pb/s · km (üksiku kiu läbilaskevõime 1,53 Pb/sx edastuskaugus 10,2 km).

Shannoni piirile lähenemiseks peavad tänapäevased süsteemid ühiselt kasutusele võtma tõenäosusliku kujundamise (PS-256QAM, saavutades 0,8 dB kujundamise võimenduse), närvivõrgu ekvalaiseri (NL-kompensatsiooni efektiivsus paranes 37%) ja hajutatud Ramani võimenduse (DRA, võimenduse nõlva täpsus ± 0,5 dB) tehnoloogiaid, et suurendada ühe kandjaga 400G PDM-64QAM edastuse Q-faktorit 2 dB võrra (12 dB-lt 14 dB-le) ja leevendada OSNR-tolerantsi 17,5 dB/0,1 nm-ni (@ BER = 2e-2).


Postituse aeg: 12. juuni 2025

  • Eelmine:
  • Järgmine: